Nový tepelný stroj bez pohyblivých částí dosáhl 40% účinnosti  
Inžgenýři MIT postavili rekordně účinný termofotovoltaický článek. Nemá pohyblivé komponenty a pracuje při teplotách 1 900 až 2 400 °C, které jsou nedostupné pro konvenční parní turbíny. Termofotovoltaické články by se mohly stát základem rozvodných sítí, kompletně postavených na obnovitelné energii.
Rekordně účinný termofotovoltaický článek. Kredit: Felice Frankel / MIT.
Rekordně účinný termofotovoltaický článek. Kredit: Felice Frankel / MIT.

V energetice jsou hitem pevnolátkové termofotovoltaické články (TPV, podle anglického Thermophotovoltaic). Nemají žádné pohyblivé části, což je předurčuje k dosahování vyšších účinností při vysokých teplotách. Takové články by se mohly stát součástí rozvodných sítí, které budou využívat pouze obnovitelné zdroje.

 

Asegun Henry. Kredit: MIT.
Asegun Henry. Kredit: MIT.

Nový termofotovoltaický článek vytvořil světový rekord ve své kategorii, když dosáhl 40procentní účinnosti. Předčil tím tradiční parní turbíny, které se tradičně využívají k přeměně tepla na elektřinu. Tyto turbíny obvykle dosahují účinnosti kolem 35 procent, a také mají své limity, pokud jde o maximální teplotu.

 

Termofotovoltaické články přeměňují vysokoenergetické fotony tepelných zdrojů na elektřinu. V kombinaci s termálními bateriemi mohou těžit energii ze Slunce a ukládat ji pro další využití podle potřeby. Jak uvádí vedoucí výzkumného týmu Asegun Henry z amerického institutu Massachusetts Institute of Technology (MIT), jednou z podstatných výhod pevnolátkových termofotovoltaických článků je, že mohou fungovat za vysokých teplot a přitom mají levnější údržbu – protože nemají pohyblivé části. Stačí je vhodně umístit a pak generují elektřinu.

 

Logo. Kredit: MIT.
Logo. Kredit: MIT.

Zmíněný termofotovoltaický článek, který zlomil rekord, vyrábí elektřinu ze zdrojů tepla o teplotách 1 900 až 2 400 °C. Tyto teploty jsou přitom příliš vysoké pro konvenční parní turbíny, především kvůli jejich pohyblivým částem. Jsme svědky růstu účinnosti termofotovoltaických článků, díky které se zvyšuje i jejich využitelnost. Dosavadní rekord v účinnosti těchto článků byl 32 procent, zatímco většina dnešních termofotovoltaických článků dosahuje účinnosti kolem 20 procent.

 

Vše nasvědčuje tomu, že termofotovoltaické články fungují, velmi dobře, spolehlivě a účinně. Podle Henryho jsou právě tyto články posledním klíčovým krokem, který potvrdil životaschopnost konceptu termálních baterií. Na obzoru se rýsuje rozšířená obnovitelná energetika a bezuhlíková rozvodná síť.

 

Video: Asegun Henry: Sun in box thermal energy grid storage using multi junction PV

 

Literatura

Science Alert 18. 4. 2022.

Nature 604: 287–291.

Datum: 19.04.2022
Tisk článku

Související články:

Jak vytěžit elektřinu z odpadního tepla?     Autor: Stanislav Mihulka (11.07.2018)
Nový materiál zlomil rekord v přeměně tepla na elektřinu     Autor: Stanislav Mihulka (16.11.2019)
„Nositelný“ termoelektrický generátor vyrábí elektřinu na horké trubce     Autor: Stanislav Mihulka (28.01.2022)



Diskuze:

Hledá se osvícený až zářící

Josef Hrncirik,2022-04-25 10:30:08

Naturally, i v Nature jsou mnohá Tajemství. Fig. 1.c ukazuje že Au reflektor odrazí zpět cca 93% nevyužitelného dlouhovlnného IČ, kterého je vyzařován podíl cca 31/37 celkové energie. Ztracený podíl z 37 dílů dopadajících je v PV vrstvě = 6.0,4/37 = 7,6%; na Au zrcadle se ztratí 7% z 31 dílů příliš dlouhovlnných, tj. 5,9% z dopadající energie. Do odpadního tepla jde tedy min. 13,5% z dopadu. Při optimálním osvitu (optimální FF ?vliv odporu, rekombinace či co) byl el. výkon 2,39 W/cm2 při 2400°C či 1,8 W/cm2 při 2127°C. Na 2 Wel musí být odchlazeno cca 3 W/cm2 vodou. 3,2 W aktivního světla k PV jsou v cca 19,7 W/cm2 světla padajícího na PV. Emisivita W zářiče je při 2200°C cca 40% což dá 11 W/cm2 až 17 při 2400°C.
Je to dost tělo na tělo.
Je 20 kW el/m2 PV dost / málo?
Nebudou W páry začerňovat PV?

Odpovědět

Laik se diví

David Pešek,2022-04-22 19:44:01

Asi uplně nechápu to nadšení a spojitost technologie co vyžaduje tak vysoké teploty a obnovitelnými zdroji, jediné co mě napadá je koncentrační ekektrárna ale výhoda nepohyblivých částí je draze vykoupena vyšší teplotou a mizernou setrvačností, běžná koncentrační elektrárna dobíhá celé hodiny.. Nebo je toto zařízení myšlené do takových extrémů jako jsou fůzní reaktory? Bude to pracovat v takových podmínkách? Radioizotopový zdroj s tímto je nesmysl, jakýkoli zdroj tepla sšponovat na tak vysoké teploty je nesmysl..

Odpovědět

Mne to tedy přijde

Václav Čermák,2022-04-22 13:07:03

spíš jako dobrý konvertor pro jaderný reaktor než pro nějaké zelené nesmysly.

Odpovědět

Mohou alebo musi?

Radoslav Porizek,2022-04-21 09:27:17

"Jak uvádí vedoucí výzkumného týmu Asegun Henry z amerického institutu Massachusetts Institute of Technology (MIT), jednou z podstatných výhod pevnolátkových termofotovoltaických článků je, že mohou fungovat za vysokých teplot a přitom mají levnější údržbu – protože nemají pohyblivé části."

No mohou, skor musia fungovat pri vysokych teplotach, ktore mozu cenu za udrzbu riadne predrazit.
Dalsia podstatne vec je, ze cenu za udrzbu treba ratat na jednotku vykonu, takze otazka je ake velke/zlozite musi byt zariadenie z clankov, ktore ma rovnaky vykon ako jedna parna trubina.

Odpovědět

Účinnost parní turbíny

Miroslav Gretschelst,2022-04-20 10:04:52

není 35%! To je účinnost elektrárny s kotlem a parní turbínou a odváděným teplem z kondenzátoru do chladiče. Pokud se teplo za kondenzátorem využije pro vytápění, dosahuje celková účinnost teplárny více než 70%. A ještě by mě zajímal zdroj energie o pracovní teplotě 2700 K. Nebo se tím myslí barva světla? Tak světlem pohánět parní turbíny opravdu nejdou.

Odpovědět


Re: Účinnost parní turbíny

Radovan R,2022-04-20 11:53:24

Co máte proti teplotě 2700K? A co se týče účinnosti, ani tady nic nebrání využití zbytkového tepla k dalším účelům.

Odpovědět


Největší Účinnost má puška Dragunov, protože má větší expanzní poměr

Josef Hrncirik,2022-04-20 18:19:59

Nihil novum sub Sole. Je to normální 2 pásmová PV. Nevyužité(lné) dlouhovlnné záření kvalitní Au zrcadlo vrací pokud možno co nejvíce do zdroje záření, aby se zdroj záření, Slunéčko Naše Jasné tolik zbytečně neochlazoval a svítil nám déle a radostněji. Zkuste však vrhnout i jen prasátko do Slunce jedoucího v protisměru! Zdroj nutno obklíčit panely a zrcadly, nebo alespoň roviny přiblížit k sobě relativně blízko! Jinak = veta po 40% proof round trip!
Pochopitelně jako každé polovodiče (PV) to nemá rádo teplo a musí se to chladit a při velkém výkonu vodou. Pak ale zbytkové teplo prostě nezbývá.
Plánují, že nadbytečná energie k akumulaci se uloží při cca 2500°C v rozsvíceném grafitu a takřka vařícím cirkulujícím Sn se bude rozsvěcovat W okénko v Iljičových lampičkách svítících na onu dobře vychlazenou PV. Tvrdí, že při ceně grafitu doláč/libru to je lepší uloženíčko než v Lion, i když ony mají účinnost tripu trochu nad 70%. Lazar Sereš říká, že to je kvůli levelized capital costs při nejistém juan.

Odpovědět


Zlatá zrcátka jsou zcela jasně nakreslena zlatou barvou naturally již ve fig.1 in Nature

Josef Hrncirik,2022-04-21 07:27:52

Bez dokonalého odrazu od Au to nebude fungovat jako v pohádce!

Odpovědět


Nebuďte zaraženi zaraženými teleskopickými antenkami na obr.1

Josef Hrncirik,2022-04-21 07:46:40

Jsou to mírně nagrilované přívody rekordního chlazení PV.
Vidno z fig.7 c,d.

Odpovědět

Účinnost

Tomáš Černák,2022-04-20 09:29:42

mně sice vychází poloviční, ta teoretická, ale i tak by to byl pokrok oproti stávajícím termoionickým konvertorům či termoelektrickým článkům. Na druhou stranu, pracovní teplota až 2700 K je fakt hodně. Ano, umíme pro metalurgii vytvořit materiály, které to dočasně vydrží, ale pro nějaké dlouhodobé skladování roztaveného média to není (a využití aktivního chlazení stěn je ekonomicky dost nevýhodné, pokud cílem je jen ukládání energie).

Jako zajímavé využití bych to viděl v jaderných elektrických zdrojích, pokud by to dobře odolávalo ionizujícímu záření. Ať už v pozemních kompaktních zdrojích nebo těch vesmírných. Určitě to budu po očku sledovat.

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce








Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace